光学设计与光学工艺PPT课件
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《光学工艺与测量》幻灯片
《光学工艺与测量》幻灯 片
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工艺规程，是光学零件制造过程中的法规 文件，它、模具 和检测手段由车间技术人员提出，并经过 一定审查批准程序制定的。
第1节
对被加工零件的工艺 分析
• 拿到图纸的第一件工作，就是针对图纸做 工艺审查和工艺分析。
• 一般而言，设计的图纸是做过工艺审查的， 但是往往在图纸上签名做工艺审查的人， 并不知道零件要到什么地方加工，更不知 道加工企业的具体条件，因此，工艺规程 的制定者，对零件进展工艺审查和分析是 完全必要的。
工艺规程，是生产水平、技术水平、管理 水平的集中表达，科学、合理的工艺规程， 可以实现生产组织有序衔接，实现优质、 高产和低消耗，反之，会造成生产组织和 加工工序的脱节，以至于形成质量事故和 效益的流失。
工艺规程所含的主要内容和制定程序：
① 分析被加工零件的技术条件和工艺性 ② 选择毛坯，确定加工余量 ③ 根据设备加工模具，设计零件工艺过程 ④ 进展工序设计，确定工序加工余量和量具 ⑤ 编制工艺规程和相应表格 ⑥ 按工艺规程，做经济分析
一、从工艺角度审查设计的合理性
1.零件的技术要求、工艺能否实现及 实现的难度
2.零件的形状尺寸是否符合工艺手段 和相应的原那么
3.零件制造的工艺继承性
• 二、从技术角度审查工艺的可行性 • 1.酝酿实现零件技术要求的最正确工艺方案 • 2.按照最正确工艺方案检查工艺继承性 • 3.根据工艺技术特长提出工艺变更设想
第2节 毛坯选择和确定 加工余量
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工艺规程，是光学零件制造过程中的法规 文件，它、模具 和检测手段由车间技术人员提出，并经过 一定审查批准程序制定的。
第1节
对被加工零件的工艺 分析
• 拿到图纸的第一件工作，就是针对图纸做 工艺审查和工艺分析。
• 一般而言，设计的图纸是做过工艺审查的， 但是往往在图纸上签名做工艺审查的人， 并不知道零件要到什么地方加工，更不知 道加工企业的具体条件，因此，工艺规程 的制定者，对零件进展工艺审查和分析是 完全必要的。
工艺规程，是生产水平、技术水平、管理 水平的集中表达，科学、合理的工艺规程， 可以实现生产组织有序衔接，实现优质、 高产和低消耗，反之，会造成生产组织和 加工工序的脱节，以至于形成质量事故和 效益的流失。
工艺规程所含的主要内容和制定程序：
① 分析被加工零件的技术条件和工艺性 ② 选择毛坯，确定加工余量 ③ 根据设备加工模具，设计零件工艺过程 ④ 进展工序设计，确定工序加工余量和量具 ⑤ 编制工艺规程和相应表格 ⑥ 按工艺规程，做经济分析
一、从工艺角度审查设计的合理性
1.零件的技术要求、工艺能否实现及 实现的难度
2.零件的形状尺寸是否符合工艺手段 和相应的原那么
3.零件制造的工艺继承性
• 二、从技术角度审查工艺的可行性 • 1.酝酿实现零件技术要求的最正确工艺方案 • 2.按照最正确工艺方案检查工艺继承性 • 3.根据工艺技术特长提出工艺变更设想
第2节 毛坯选择和确定 加工余量
光学设计光学PPT教案
明适应：黑暗环境到明亮环境 暗适应：明亮环境到黑暗环境
第15页/共81页
引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
第16页/共81页
3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联
通量。 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉
（cd）。
Iv
d v d
坎德拉是国际单位制（SI）的基本单位，等于一个发射 频率5.4X1014Hz（555nm）的单色光，辐射强度为 1/683(W/sr)的光源的发光强度。
注意：发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点
光源的众多光源。
第33页/共81页
第6页/共81页
2 人的视觉
第7页/共81页
视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
第8页/共81页
（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
第9页/共81页
2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
第24页/共81页
1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
第15页/共81页
引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
第16页/共81页
3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联
通量。 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉
（cd）。
Iv
d v d
坎德拉是国际单位制（SI）的基本单位，等于一个发射 频率5.4X1014Hz（555nm）的单色光，辐射强度为 1/683(W/sr)的光源的发光强度。
注意：发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点
光源的众多光源。
第33页/共81页
第6页/共81页
2 人的视觉
第7页/共81页
视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
第8页/共81页
（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
第9页/共81页
2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
第24页/共81页
1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定，有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1)，
用扩展光源照射薄膜，其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满 足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性．
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
•李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
•延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复 合显微镜。 •1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
光学设计与光学工艺ppt课件
1、光学设计中的材料选择
国内生产光学玻璃材料的厂家
成都光明光电有限公司
上海新沪玻璃厂
国外生产光学玻璃材料的厂家
德国肖特
日本保谷（HOYA）
日本小原（OHARA）等
三、光 学 设 计 注 意 问 题
1 2 3 4 5 6 材料选择的问题
零件技术指标的问题
标准零件图纸的问题 加工工艺及成本的问题 检验方案的问题 加工超差补救的问题
Decenter（偏心）
样板的检测精度，光学设计 偏心包括两种，一种是简单的横 包括光学元件的厚度和机械元件 师应该与光学加工师沟通 支撑的间隔。 向偏心（上、下），另一种是使元 N=λ/2 ，普通的光学加工一般控制 在使用 ZEMAX软件模拟公差时， 件始终保持与机架座接触的“滚 在 5个光圈，较好的精度应该控制 公差操作数 TTHI有两个参数， 动”。两种偏心模型实际上完全不 在3个光圈以内。 表面不规则度可以通过局部 int1是用来定义公差的表面编号， 同。在滚动的情况下，与机架座接 光圈（△ N）来考察，工艺上 而int2 是作为补偿的表面编号， 触良好的左侧半径被良好地校准， 可以做到 0.3个光圈。 表面倾斜只发生的右侧表面上。 最小值和最大值是以镜头长度单 在ZEMAX里TSDX、TSDY用来 位表示的极值偏差。 实际上，有楔角的元件 与 光轴相 模拟一个标准表面的偏心公差，单 对于其机械轴倾斜 位为镜头长度（ mm的元件完全相 ）,而TEDX、 同，当旋转元件时，元件具有边缘 TEDY是用来模拟一个元件的偏心 厚度差。 公差，可以是标准面也可以是非标 准面，int1、int2定义了一个镜头 组的边界面。
1、光学设计中的材料选择
光学均匀性
b
光学设计ppt课件
4
光学设计方法
光学设计方法随使用工具的更新而改变面貌。使用电子计算机之前的方法统称 为“手工”设汁法。那时主要通过追迹光线，计算像差和逐次修改结构参数使之 接近使用要求的方法来做设计。 电子计算机的使用，使得对光学系统(特别是复杂 系统)的分析计 算更加完善了，进而使光学自动设计逐步发展起来。
任何光学系统都不可能把所有各种像差都校正到理想。所以，设计时我们应 该根据像差理论对系统提出尽量合理的像差要求。即使是利用电子计算机做自动 设计，这一点也是很重要的。 用优化技术来自动平衡光学系统的像差时，如果要 求提得太多，且提出了矛盾的要求(例如同时提出正弦条件和赫谢耳条件)，就可能 产生“病态”方程，使自动平衡不能顺利进行。
3
参考书目
R.Kinslake, Lens design Fundamental, 1978. R.Kinslake, optical system design,1983, Academic Press.
这位百岁老人去年刚去世，他是A.E.Conrady的学生，从上世纪三十年代 被请到美国，美国的光学工业大致是他的学生们发展起来的。 iKin , Lens design, 1991,Marchl Dekker. 非常实用的各种光学系统 设计，有新版。 R.E. Fischer, Optical system design, 2000,McGraw Hill. 此人从上世纪八十年代一直到现在，都在SPIE Photonics West 之类的会 上讲Short Courses——”光学设计”，本书属于这种教材。 斯留萨列夫， 谈光学中一些可能的和不可能的问题，1966，科学出版社。 本书可启发人们去认真思考问题。 张以谟，应用光学，机械工业出版社，中国高校教科书 王之江，光学设计理论基础，1985，科学出版社。本教材的公式取自此 书。
光学设计方法
光学设计方法随使用工具的更新而改变面貌。使用电子计算机之前的方法统称 为“手工”设汁法。那时主要通过追迹光线，计算像差和逐次修改结构参数使之 接近使用要求的方法来做设计。 电子计算机的使用，使得对光学系统(特别是复杂 系统)的分析计 算更加完善了，进而使光学自动设计逐步发展起来。
任何光学系统都不可能把所有各种像差都校正到理想。所以，设计时我们应 该根据像差理论对系统提出尽量合理的像差要求。即使是利用电子计算机做自动 设计，这一点也是很重要的。 用优化技术来自动平衡光学系统的像差时，如果要 求提得太多，且提出了矛盾的要求(例如同时提出正弦条件和赫谢耳条件)，就可能 产生“病态”方程，使自动平衡不能顺利进行。
3
参考书目
R.Kinslake, Lens design Fundamental, 1978. R.Kinslake, optical system design,1983, Academic Press.
这位百岁老人去年刚去世，他是A.E.Conrady的学生，从上世纪三十年代 被请到美国，美国的光学工业大致是他的学生们发展起来的。 iKin , Lens design, 1991,Marchl Dekker. 非常实用的各种光学系统 设计，有新版。 R.E. Fischer, Optical system design, 2000,McGraw Hill. 此人从上世纪八十年代一直到现在，都在SPIE Photonics West 之类的会 上讲Short Courses——”光学设计”，本书属于这种教材。 斯留萨列夫， 谈光学中一些可能的和不可能的问题，1966，科学出版社。 本书可启发人们去认真思考问题。 张以谟，应用光学，机械工业出版社，中国高校教科书 王之江，光学设计理论基础，1985，科学出版社。本教材的公式取自此 书。
光学作图专题PPT课件
S
A
分步播放
自动播放
第二十七页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
S
S’
A
单击鼠标进入下一步
第二十八页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的光 路图
S
S’
A
分步播放
自动播放
第二十九页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
•。
.
F
。
.
F
第五十三页，课件共62页
19.从岸上看水下的鱼，它变深还是变 浅呢？画出光路图。
答：变浅。
A′ A
第五十四页，课件共62页
L2 L1
L1
方法1
F1
F1 F2
F2
L2
L2
L1
方法2
方法3
第五十五页，课件共62页
9、 如图所示，发光点S在乎面镜MN中的像 为S1，当平面镜转过一定角度后，它的像为 S2。请你利用平面镜成像特点，画出转动后 平面镜的大致位置。
第四十三页，课件共62页
12、一束光射向一块玻璃砖,画出这束光进入玻 璃和离开玻璃后的径迹.
第四十四页，课件共62页
光现象 光路作图
13、光的折射作图
第四十五页，课件共62页
14、完成光线经过玻璃的光路
i
r
第四十六页，课件共62页
透镜及其应用 透镜作图 三、画出下面各图中的折射光线：
F
O
F
F
O
F
第四十七页，课件共62页
1 5 、根据光线通过透镜后的方向，在图中方 框内画出适当的透镜。
第四十八页，课件共62页
A
分步播放
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第二十七页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
S
S’
A
单击鼠标进入下一步
第二十八页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的光 路图
S
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A
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第二十九页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
•。
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F
第五十三页，课件共62页
19.从岸上看水下的鱼，它变深还是变 浅呢？画出光路图。
答：变浅。
A′ A
第五十四页，课件共62页
L2 L1
L1
方法1
F1
F1 F2
F2
L2
L2
L1
方法2
方法3
第五十五页，课件共62页
9、 如图所示，发光点S在乎面镜MN中的像 为S1，当平面镜转过一定角度后，它的像为 S2。请你利用平面镜成像特点，画出转动后 平面镜的大致位置。
第四十三页，课件共62页
12、一束光射向一块玻璃砖,画出这束光进入玻 璃和离开玻璃后的径迹.
第四十四页，课件共62页
光现象 光路作图
13、光的折射作图
第四十五页，课件共62页
14、完成光线经过玻璃的光路
i
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第四十六页，课件共62页
透镜及其应用 透镜作图 三、画出下面各图中的折射光线：
F
O
F
F
O
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第四十七页，课件共62页
1 5 、根据光线通过透镜后的方向，在图中方 框内画出适当的透镜。
第四十八页，课件共62页
《光学作图专题》课件
双缝干涉实验步骤
通过双缝干涉实验，我们可以观察到明暗相间的干涉条纹，从而验证了光的波动性。
双缝干涉实验结果
单缝衍射实验原理
01
单缝衍射实验是通过在单缝处放置光源，使光线通过单缝后形成衍射现象，从而观察到明暗相间的衍射条纹。
单缝衍射实验步骤
02
首先，将光源放置在单缝的一侧，并在单缝的另一侧放置屏幕；然后，打开光源，观察屏幕上出现的衍射条纹；最后，记录实验数据并分析结果。
光计算
THANKS
感谢您的观看。
分光仪实验结果
通过分光仪实验，我们可以观察到不同波长的光线在棱镜中的折射角度不同，从而验证了光的色散现象。
双缝干涉实验是通过在双缝之间放置光源，使光线通过双缝后形成干涉现象，从而观察到明暗相间的干涉条纹。
双缝干涉实验原理
首先，将光源放置在双缝的一侧，并在双缝的另一侧放置屏幕；然后，打开光源，观察屏幕上出现的干涉条纹；最后，记录实验数据并分析结果。
光的衍射
干涉是光波相遇后相互叠加的结果，而衍射是光绕过障碍物的结果。两者都是光的波动性的表现。
干涉与衍射的区别
02
CHAPTER
光学仪器
总结词
显微镜是一种光学仪器，能够将微小物体放大，以便观察其结构和形态。
详描述
显微镜主要由目镜、物镜、载物台和调焦装置等部分组成，通过物镜将物体放大并成像在目镜上，再通过目镜观察物体的细节。显微镜广泛应用于生物学、医学、农业和工业等领域，对于科学研究和技术应用具有重要意义。
全息干涉计量
利用光波在光纤中传输信息，具有传输容量大、传输损耗低、抗电磁干扰等优点，是现代通信网络的主要传输方式。
光纤通信
利用光信号处理技术对信号进行高速、高精度处理，广泛应用于大数据、云计算等领域。
通过双缝干涉实验，我们可以观察到明暗相间的干涉条纹，从而验证了光的波动性。
双缝干涉实验结果
单缝衍射实验原理
01
单缝衍射实验是通过在单缝处放置光源，使光线通过单缝后形成衍射现象，从而观察到明暗相间的衍射条纹。
单缝衍射实验步骤
02
首先，将光源放置在单缝的一侧，并在单缝的另一侧放置屏幕；然后，打开光源，观察屏幕上出现的衍射条纹；最后，记录实验数据并分析结果。
光计算
THANKS
感谢您的观看。
分光仪实验结果
通过分光仪实验，我们可以观察到不同波长的光线在棱镜中的折射角度不同，从而验证了光的色散现象。
双缝干涉实验是通过在双缝之间放置光源，使光线通过双缝后形成干涉现象，从而观察到明暗相间的干涉条纹。
双缝干涉实验原理
首先，将光源放置在双缝的一侧，并在双缝的另一侧放置屏幕；然后，打开光源，观察屏幕上出现的干涉条纹；最后，记录实验数据并分析结果。
光的衍射
干涉是光波相遇后相互叠加的结果，而衍射是光绕过障碍物的结果。两者都是光的波动性的表现。
干涉与衍射的区别
02
CHAPTER
光学仪器
总结词
显微镜是一种光学仪器，能够将微小物体放大，以便观察其结构和形态。
详描述
显微镜主要由目镜、物镜、载物台和调焦装置等部分组成，通过物镜将物体放大并成像在目镜上，再通过目镜观察物体的细节。显微镜广泛应用于生物学、医学、农业和工业等领域，对于科学研究和技术应用具有重要意义。
全息干涉计量
利用光波在光纤中传输信息，具有传输容量大、传输损耗低、抗电磁干扰等优点，是现代通信网络的主要传输方式。
光纤通信
利用光信号处理技术对信号进行高速、高精度处理，广泛应用于大数据、云计算等领域。
2024版年度《光学》全套课件
2024/2/2
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
15
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的现 象。
偏振产生原因
光波为横波，其电场矢量与磁场矢量相互垂直，且均垂直于 传播方向。当光波经过某些物质时，其电场矢量方向受到限 制，从而产生偏振现象。
3
光电效应规律及应用 总结光电效应的规律，如光电效应方程、截止频 率等，并探讨其在现代科技中的应用。
2024/2/2
20
玻尔原子模型及其意义探讨
2024/2/2
玻尔原子模型提出背景
介绍玻尔提出原子模型的背景，包括当时物理学界对原子结构的 认识以及存在的困难。
玻尔原子模型内容及假设
详细阐述玻尔原子模型的内容，包括原子的定态假设、频率法则以 及电子的跃迁等。
《光学》全套课件
2024/2/2
1
CONTENTS
• 光的本质与传播 • 几何光学基础 • 波动光学基础 • 量子光学基础 • 非线性光学简介 • 现代光学技术发展趋势
2024/2/2
2
2024/2/2
01
光的本质与传播
3
光的波粒二象性
2024/2/2
光的波动性质
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、 衍射等现象。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
19
光学教程-总结ppt课件
U f2
f 2
聚光本领
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量，可以 用象面的照度来量度。
分辨本领
瑞利判据：总照度分布曲线中央有下凹部分，其对应强度不超过每 一分布曲线最大值的74%，当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中 央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能被分辨。
36
第四章 光学仪器的基本原理
32
第三章 几何光学基本原理
球面折射对光束单心性的破坏
n
l P
A
n
l P
Or C
s
s
B
近轴光线条件下球面折射的物像公式
n n n n s s r
33
第三章 几何光学基本原理
横向放大率
在近轴光线和近轴物
Q
的条件下，垂直于主轴的 y
物所成的像仍然是垂直于
P
O
主轴的，像的横向大小与 物的大小之比值为横向放
棱镜
棱镜是一种常见的光学元件，它的主要用途有两种：作为色散 元件和利用光的棱镜内的全反射来改变光束的方向，即转向元件。
棱镜材料的折射率为：
n
sin i1
sin
0
2
A
sin i2
sin A
2
30
第三章 几何光学基本原理
符号法则
球面的中心点O称为顶 点，球面的球心C称为 曲率中心，球面的半径 称为曲率半径，连接顶 点和曲率中心的直线CO 称为主轴，通过主轴的 平面称为主平面。主轴 对于所有主平面具有对 称性。
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
第18章光学零件基本加工工艺规程设计PPT课件
第1页/共41页
• 工艺规程的主要内容和制定程序 • 1.分析被加工零件的技术条件和工艺性； • 2.选择毛坯，确定加工余量； • 3.根据设备和工模具，设计零件工艺过程； • 4.进行工序设计，确定工序加工余量和量具； • 5.编制工艺规程和相应表格； • 6.按工艺规程，做经济分析。
第2页/共41页
新工艺。
第6页/共41页
第二节 加工余量
• 一、基本概念 • 为了获得所需的零件形状、尺寸 和表面质量，必须从玻璃毛坯上 磨去一定量的光学材料层，此光 学材料层通常称为加工余量。
第7页/共41页
• 加工余量的种类： • 线性尺寸余量 • 角度余量 • 工序余量 • 总加工余量
第8页/共41页
• 根据光学零件加工工序的特点，一般零件的全部加工余量是由下列余量组 合而成的。 • 锯切余量； • 整平余量； • 表面粗磨余量； • 表面精磨、抛光余量； • 定心磨边余量。
• 1.透镜毛坯尺寸的计算（块料）
毛坯的中心厚度为d，透镜的最大允 许的中心厚度为d0，凹面的矢高为h，单 面精磨余量为Pj，单面粗磨余量为Pc,则有 下面关系式： 双凸透镜 d=d0+2(Pj+Pc) 弯月透镜 d=d0+2(Pj+Pc)+h 双凹透镜 d=d0+2(Pj+Pc)+h1+h2
第17页/共41页
第18页/共41页
第三节 工艺规程的设计原则和步骤
• 一、一般原则 • 原则：在一定的条件下，如
何保证以最低的成本和最高 的效率来达到零件图上的全 部尺寸、形状、位置精度、
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• 全面了解、熟悉零件图技术条件以及其他原始资料，进行综合分析； • 首先考虑选用通用样板和仪器，如果没有，设计必要的专用样板和专用仪器。 • 设计工艺规程时，应先从最后一道工序开始考虑。如透镜加工余量，应先从定中心
• 工艺规程的主要内容和制定程序 • 1.分析被加工零件的技术条件和工艺性； • 2.选择毛坯，确定加工余量； • 3.根据设备和工模具，设计零件工艺过程； • 4.进行工序设计，确定工序加工余量和量具； • 5.编制工艺规程和相应表格； • 6.按工艺规程，做经济分析。
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新工艺。
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第二节 加工余量
• 一、基本概念 • 为了获得所需的零件形状、尺寸 和表面质量，必须从玻璃毛坯上 磨去一定量的光学材料层，此光 学材料层通常称为加工余量。
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• 加工余量的种类： • 线性尺寸余量 • 角度余量 • 工序余量 • 总加工余量
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• 根据光学零件加工工序的特点，一般零件的全部加工余量是由下列余量组 合而成的。 • 锯切余量； • 整平余量； • 表面粗磨余量； • 表面精磨、抛光余量； • 定心磨边余量。
• 1.透镜毛坯尺寸的计算（块料）
毛坯的中心厚度为d，透镜的最大允 许的中心厚度为d0，凹面的矢高为h，单 面精磨余量为Pj，单面粗磨余量为Pc,则有 下面关系式： 双凸透镜 d=d0+2(Pj+Pc) 弯月透镜 d=d0+2(Pj+Pc)+h 双凹透镜 d=d0+2(Pj+Pc)+h1+h2
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第三节 工艺规程的设计原则和步骤
• 一、一般原则 • 原则：在一定的条件下，如
何保证以最低的成本和最高 的效率来达到零件图上的全 部尺寸、形状、位置精度、
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• 全面了解、熟悉零件图技术条件以及其他原始资料，进行综合分析； • 首先考虑选用通用样板和仪器，如果没有，设计必要的专用样板和专用仪器。 • 设计工艺规程时，应先从最后一道工序开始考虑。如透镜加工余量，应先从定中心
光学设计 ppt课件
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光路计算
在不同视场、不同孔径、不同色光等条件下，对大量光线， 用准确的三角方法，通过光线追迹计算出射光线。通过近轴 “光路计算”可求得理想像点的位置；通过实际光线的追迹并 与理想像比较得到的各像差值。可以做出各种表示像差的曲线， 有经验的设计师往往一看这些曲线就能知道系统的缺陷所在。
nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在 中间光谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
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1.6 玻璃的特性
色散
一种测色散的方法是取比值：D
nF - nC nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在中间光 谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
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系统的修改
随着计算机性能的不断提高，许多告诉计算机程序能用最小二 乘法同时修改几个参数以改变多种相差，为系统设计带来了巨大的 便利。
光学设计师在做镜头设计时，其中一部分既占据时间又消耗精 力的工作是系统一级以及三级的手动计算。
所谓系统的一级特性是指能用近轴公式描述的系统性质，包括 等效焦距和后焦距；F数；像的位置；像的大小；主面位置；顶点 与主面间的间隔；入瞳的大小和位置；出瞳的大小和位置；拉格朗 日不变量；轴向和横向色差等。
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1.2 镜头的设计步骤
镜头要预先设计好才能加工，也就是说，要预先计算或规定好各组 元的表面曲率半径、厚度、空气间隔和口径，以及所采用的玻璃牌号。 这些正是光学设计师的主要共作。
影响镜头成像质量的各种像差， 可以通过改变镜头结构来消除或校正， 改动的镜头参数称为“自由度”，包 括各面的曲率半径、厚度与空气间隔、 各镜片所用玻璃的折射率和色散率， 以及孔径光阑的位置等。
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二、光 学 设 计 过 程
4、样板匹配
对 于厂球家面样元板库件，一般根据H厂EN家G样YI板.TP库D就来是进恒行益曲公率司半的样板
径 选Ze择ma。x>>Tools>>Test
库
➢自Pl动ate匹s>>配Test利Pla用te软件自带的样板匹配功能进 行自Fit动ting匹>>配选；择样板库
➢手(F工ile 匹Na配me)>>手选工择输匹配入样板库中有的样板。
便于制造
节省成本
.
二、光 学 设 计 过 程
客户 需求
观察目标特性(可见光,红外) 或应用领域(激光)
波谱范围
观察范围
视场 探测器
焦距
成像要求 (点扩散函 数传递函数 透过波前 分辨率)
能量
口径
➢成像质量要求大 ➢设计难度要求小 ➢探测器能量响应要求
合适
视场 口径 焦距 成像要求 镜头设计(Lens Design)
光学设计与光学工艺
（第一讲） 光学设计过程中需注意的问题
.
目录
一
引言
二
光学设计过程
三 光学设计过程中考虑问题
四 六倍放大镜的加工
.
光学系统实现过程
光学设计 光学零件加工 机械零件加工
客户 提出需求
光学机械设计 光学零件检验 机械零件检验
系统总体装调及检验
.
一、引 言
光学设计宗旨：
满足技术 要求
使设计获得成功
.
二、光 学 设 计 过 程
2、象差校正和平衡
用光学计算程序进行光路计算，算出全部象差 及各种象差曲线; 找出影响光学系统成象质量的主要象差是哪些; 找出改进办法，进行象差校正; 反复进行象差分析、校正及平衡，直到满足成 象质量要求为止。
.
二、光 学 设 计 过 程
3、象质评价
光学设计者必须对各种光学系统的剩余象差的允 许值和象差公差有所了解，以便根据剩余象差的 大小判断光学系统的成象质量。
方式(Method of手Fit工)>>匹配原则：
先进输行匹入配曲率半径小的，再输入曲率半径大的， 每输入一次要进行一次自动优化。
.
二、光 学 设 计 过 程
5、公差分析
公差分析的目的:给出合理的加工要求，合理的 加工要求既能保证加工的可行性，同时又能降低加 工难度和加工成本，因此公差分析工作至关重要。
.
二、光 学 设 计 过 程
瑞利判断
适用于小象差系统如： 望远物镜、显微物镜等。 实际波面与理想波面之 间的最大波象差不超过
1/4 波长
象质评价 的方法
分辨率
点列图
光学传递 函数
.
用于评价大象差系统
客观、可靠、便于计算 和测量，不仅能用于光 学设计结果的评价，还 能控制光学系统设计的 过程、镜头检验、光学 总体设计等各方面。
光学系统设计(Op.tical System Design)
二、光 学 设 计 过 程
像差校正与平衡 2
3 像质评价
初始结构 计算与选择 1
设计 过程
4 样板匹配
出设计图纸 6
5 公差分析
.
二、光 学 设 计 过 程
提出合理技术指标
开始
是
理想光学系统外形尺寸计算
重新计算
否
否
外形尺寸?
是否可能满足要求
.
二、光 学 设 计 过 程
6、出设计图纸
设计图纸是指导加工的依据，图纸 必须要规范，避免引起误解
.
二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例：
.
三、光 学 设 计 注 意 问 题
零件技术指标 2
3 标准零件图纸
材料选择 1
注意 问题
4 加工工艺及成本
加工超差补救 6
5 检验方案
.
三、光 学 设 计 注 意 问 题
“轻”——“Q” “重”——“Z”
折射率的高低
.
1、光学设计中的材料选择
常用光学材料
注意
光学玻璃牌号分类
国际玻璃码的表示
.
1、光学设计中的材料选择
➢常用的光学材料：
光学玻璃（包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和 特种光学玻璃）
微晶玻璃 光学晶体 塑料
.
1、光学设计中的材料选择
光学玻璃的牌号分类
冕牌玻璃——“K” 火石玻璃——“F”
阿贝数的不同
公差分析宗旨:
使最差情况下的传递函数由于工艺因素的总下降 量不大于0.15，以便探测器仍能分辨它对应的空
间频率。 .
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
.
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径）
Fringes（光圈） Irregular（表面不规
则度） Thickness（厚度/间
隔） 楔角/同心度/倾斜
Decenter（偏心）
样板的检测精度，光学设计 包偏师括心应光包该学括与元两光件种学的，加厚一工度种师和是沟机简通械单元的件横 向N支=偏撑λ心/的2，（间普上隔通、。的下光）学，加另工一一种般是控使制元 件在始5使个终用光保Z圈E持M，与A较机X软好架件的座模精接拟度触公应的差该“时控滚，制 动公表”差面。操不两作规在种数则3偏T个度T心光H可模I圈有以型以两通实内个过际。参局上数部完，全不 同光in。t圈1在是（滚用△动来N的）定情来义况考公下察差，，的与工表机艺面架上编座号接， 触而良in可好t2以的是做左作到侧为0半补.3径偿个被的光良表圈好面。地编校号准，， 表最面小倾值斜和只最发大生值的是右以侧镜表头面长上度。单 位在表Z示E的MA极X值里偏TS差D。X、TSDY用来 模实拟际一上个，标有准楔表角面的的元偏件心与公光差轴，相单 位对为于镜其头机长械度轴（倾m斜m的）元,而件T完ED全X相、 同TE，D当Y是旋用转来元模件拟时一，个元元件件具的有偏边心缘 公差，可以是厚标度准差面。也可以是非标 准面，int1、int2定义了一个镜头 组的边界面。
改变初始 结构?
是 是
初始结构设计
否 像差平衡
否
结束
像质是否达到要求 是
公差设计与工艺校核
绘制光学系. 统图与零件图
否
是否满足 工艺要求 是
二、光 学 设 计 过 程
1、初始结构的计算和选择
根据初级象差理论求解初始结构
从已有的资料中选择初始结构
一个不好的初始结构， 再好的自动设计程序和 有经验的设计者也无法
1
材料选择的问题
2
零件技术指标的问题
3
标准零件图纸的问题4Biblioteka 加工工艺及成本的问题5
检验方案的问题
6
加工超差补救的问题
.
1、光学设计中的材料选择
材料选择的宗旨：
既能满足设计要求，同时有利于加工， 价格合理
在绘制图纸阶段须对材料提出严格要求，材料本 身问题引发的后续问题在后续阶段很难发现。
材料性能、加工成本及加工难度相差很大，有些 大口径光学材料是很难购得的。